Теоретичні відомості. Явище β-розпаду полягає в тому, що ядро самовільно випускає електрон

Явище β -розпаду полягає в тому, що ядро самовільно випускає електрон. Енергетичний спектр β -електронів є неперервний. Вони випускаються з різними початковими енергіями, розподіленими по статистичному закону від найменших значень до максимальних (рис.103.1). Це ставить перед нами два питання:

1) як виникають β -електрони ядерного походження?

2) чому на відміну від α -частинок, які мають дискретний спектр енергій, β -електрони виносять з собою енергії, які відрізняються від різниці дискретних енергетичних рівнів ядра?

Теорія будови ядер заперечує присутність електронів всередині ядра. Доказано, що виникнення β -електрона завжди супро­воджує перетворення нейтрона в протон. Бета-розпад - процес внутрінуклонний. Друге питання з квантово-механічної точки зору здавалося важчим. Оскільки при вимірюванні β -частинки ядро переходить із квантового стану в інший цілком визначений квантовий стан, то здавалося, що енергії випромінюваних електронів повинні мати значення, рівні різниці енергій квантових станів ядра.

Паулі висунув гіпотезу, а Фермі розробив теорію, що одночасно із випусканням β -електрона випромінюється ще одна частинка, яка виносить «залишки» енергії квантового переходу ядра. Ця частинка одержала назву антинейтрино. Вона не має електричного заряду і маси спокою. Схема β -розпаду має вигляд:

. (103.1)

Крім розглянутого β -розпаду спостерігається ще β ⁺-розпад, або позитронний розпад, при якому протон перетворюється в нейтрон із викиданням позитрона і нейтрино:

. (103.2)

Ядро одночасно випускає електрон і антинейтрино, то зрозуміло, що енергія, яка відповідає різниці енергій стаціонарних станів ядра розподіляється довільно між двома викинутими частинками. Цим пояснюється неперервний спектр ядерного β ^¯ і β ⁺ випромінювань. До β -розпадних явищ входить електронне захоплення (К-захоплення), при якому ядро поглинає один із електронів атомної оболонки, випускаючи нейтрино. При цьому, як і при позитронному розпаді, один із протонів перетворюється в нейтрон.

. (103.3)

При русі в речовині β -частинки втрачають свою енергію поступово. Втрата енергії на іонізацію збільшується по мірі зменшення швидкості β -частинки. β -випромінювання при максимальній енергії частинок 2МеВ затримується шаром повітря 8м, води - 1см, алюмінію - 3мм, свннцю-1мм.

Вивід робочої формули. Внаслідок статистичного розподілу енергій β -частинок їх поглинання визначається експоненціальним законом:

. (103.4)

де І ₀ – інтенсивність променів до поглинання, І - інтенсивність променів після проходження шару речовини товщиною х, k –коефіцієнт поглинання, який являє собою величину обернену до товщини шару, при якій інтенсивність зменшується в е разів:

при ; . (103.5)

При проходженні випромінювання однієї і тієї ж вихідної інтенсивності І ₀ через шари речовини товщина ми х ₁ і х ₂ співвідношення (103.4) записуємо так:

; , (103.6)

звідки:

. (103.7)

Відношення інтенсивностей: І ₁/ І ₂ можна замінити відношенням кількості β –частинок, які проходять через речовину за один і той же час:

. (103.8)

Підставимо (103.8) у (103.7):

, (103.9)

звідки:

, (103.10)

. (103.11)